Bežné problémy s ultrazvukovým zariadením na úpravu tekutín

Čo je ultrazvuk?

Aj keď je zvuk vnímavý, nie je vždy počuteľný. Ultrazvuk doslova znamená presahujúci zvuk; Zvuk nad ľudským počuteľným spektrom. Frekvencia zvuku je počet cyklov zvukových vĺn za jednu sekundu. Frekvencia sa meria v jednotkách nazývaných Hertz (Hz). Keďže 18 kHz za sekundu (18 000 Hz/cyklus) je približne horná hranica ľudského sluchu, ultrazvuk sa vzťahuje na zvuk (zvukové vlny), ktorý prekračuje túto frekvenciu. 20 kHz je najefektívnejšia frekvencia pre aplikácie na spracovanie tekutín.

Aký je rozdiel medzi ultrazvukovým procesorom a ultrazvukovým kúpeľom?

V dôsledku mnohých faktorov je intenzita a výkon ultrazvuku vo vani nízka, závislá od polohy a nekonzistentná. Použitím ultrazvukového procesora sa vďaka vysokej energetickej náročnosti, koncentrácii a nastaviteľnosti v hornej časti nástroja výrazne zrýchli rýchlosť spracovania a vysoká opakovateľnosť.

20KHZ alebo 40KHZ?

40 kHz sa bežne používa na ultrazvukové čistenie a atomizáciu, pretože veľkosť kvapiek pri tejto frekvencii je polovica veľkosti kvapiek generovaných pri 20 kHz. Frekvencia zvolená pre väčšinu aplikácií ultrazvukového spracovania kvapalín je však 20 kHz, pretože amplitúda v hornej časti nástroja a výsledná kavitácia sú pre spracovanie kvapalín efektívnejšie. 40 kHz môže byť účinné pre malé dávky a niektoré aplikácie s kratším trvaním.

 

 

Existujú nejaké obmedzenia pre ultrazvukové obrábanie?

Áno - viskozita, teplota a vlastnosti kvapaliny. So zvyšujúcou sa viskozitou materiálu klesá jeho schopnosť prenášať vibrácie. Zvyčajne je maximálna viskozita, ktorá dokáže efektívne spracovať materiály, 4000 cps. Pre štandardné systémy je skutočný horný teplotný limit približne 65 stupňov C. Pevné nástrojové hlavy možno použiť pre vodné roztoky a kvapaliny s nízkym povrchovým napätím (ako sú rozpúšťadlá), ale s vymeniteľnými nástrojovými hlavami sa používajú iba pre vodné vzorky.

Aký druh nástroja by som mal použiť?

Zariadenia s výkonom 500 a 800 W sú najuniverzálnejšie, pretože si poradia s veľkými aj malými objemami – už od 250 μl mikrošpičky, až do 1 litra 1" (25 mm) sondy. Navyše, pri použití v spojení s kontinuálnym prietokom bazény, dokážu spracovať veľa litrov za hodinu nad prietokom Ak je váš objem vzorky veľmi malý, pre veľké a priemyselné aplikácie môže byť najlepšou voľbou 500W zariadenie.

Vymeniteľná alebo pevná nástrojová hlava?

Vymeniteľná nástrojová hlava má závitový koniec, ktorý je možné odskrutkovať a vymeniť, keď je nástrojová hlava opotrebovaná. Náhradná hlava nástroja sa používa iba pre vzorky obsahujúce vodu. Ak vykonávate ošetrenie ultrazvukom na roztoku obsahujúcom organické rozpúšťadlá, alkohol alebo akúkoľvek kvapalinu s nízkym povrchovým napätím, kvapalina prenikne do vnútra závitovej hlavy nástroja (bez ohľadu na to, aké pevné je spojenie). Keď sa kvapalina dostane do hlavy nástroja, uvoľní sa a spôsobí, že systém zobrazí chybu preťaženia. Ak si aplikácia vyžaduje rozpúšťadlá alebo kvapaliny s nízkym povrchovým napätím, musia sa použiť pevné sondy. Pevné sondy možno použiť pre akýkoľvek typ kvapaliny. Upozorňujeme, že všetky mikrovýzvy sú pevné. Iba ½" sondy s priemerom alebo väčším môžu mať vymeniteľné nástrojové hlavy.

Ktorá nástrojová hlava je najvhodnejšia pre moju aplikáciu?

Čím väčší je priemer nástrojovej hlavy a čím vyššia je amplitúda, tým väčší objem je možné spracovať. Na to, aby sa zmestila do menšej nádoby, je potrebná menšia nástrojová hlava.

Ako hlboko by mala byť zasunutá hlava nástroja?

Ak hĺbka ponorenia hlavy nástroja nie je dostatočná, vzorka bude bublať. Ak je hlava nástroja ponorená príliš hlboko, vzorka nebude môcť efektívne cirkulovať. Nastavenie príliš vysokej amplitúdy môže tiež spôsobiť penenie. Všetky opísané situácie môžu viesť k predĺženiu času spracovania a zlým výsledkom. Upravte hĺbku hlavy nástroja tak, aby ste predišli rozstrekovaniu a peneniu, pričom stále zachovávate intenzívne miešanie vzorky.

 

 

Dajú sa sondy vyrobiť na akúkoľvek dĺžku?

Nie, to nie je možné. Hlava nástroja rezonuje na určitej frekvencii (polovičná vlnová dĺžka alebo násobky polovičnej vlnovej dĺžky). 20 kHz nástrojová hlava je dlhá približne 5 palcov (127 milimetrov) a možno ju vysunúť v krokoch po 5 palcov (127 milimetrov).

Zobrazenie výkonu a nastavenie amplitúdy?

Výkon je miera elektrickej energie prenášanej do prevodníka. Meria sa vo wattoch a zobrazuje sa na obrazovke ultrazvukového prístroja. V prevodníku sa elektrická energia premieňa na mechanickú energiu. Dosahuje to excitáciou piezoelektrických kryštálov, aby sa pohybovali pozdĺžne vo vnútri prevodníka. Táto premena z elektrickej energie na mechanickú spôsobuje pohyb cez hlavu nástroja, čo má za následok pohyb vrchnej časti nahor a nadol.

Vzdialenosť prejdená hore a dole jedným pohybom sa nazýva amplitúda. Amplitúda je nastaviteľná. Každá nástrojová hlava má maximálnu hodnotu amplitúdy. Napríklad pri nastavení na 100% ½" v priemeru nástrojovej hlavy dosiahne nástrojová hlava približne 115 μ Amplitúdu m. Pri nastavení na 50% je amplitúda približne 57 μM. Upozorňujeme, že táto hodnota je približná skôr než úplne lineárne.

Medzi amplitúdou a intenzitou existuje priamy vzťah. Ak pracujete v nastavení s nízkou amplitúdou, poskytnete ošetrenie ultrazvukom s nízkou intenzitou. Ak pracujete pri nastavení vysokej amplitúdy, dostanete vysokointenzívne ultrazvukové ošetrenie. Aby bolo možné reprodukovať výsledky, nastavenie amplitúdy, teplota, viskozita a objem vzorky musia byť konzistentné. Pri pokuse reprodukovať výsledky ultrazvukového ošetrenia je najdôležitejším faktorom skôr amplitúda než výkon.

Medzi výkonom a amplitúdou/intenzitou existuje premenlivý vzťah. Napríklad v porovnaní s lepkavými vzorkami, ako je med, ultrazvuková úprava vody pri nastavení 50 % vyžaduje menej energie. Pre tieto dve vzorky je amplitúda/intenzita rovnaká, ale výkon/výkon sa bude líšiť, pretože viskózne vzorky vyžadujú viac wattov na pohon hlavy nástroja. Lepkavé vzorky budú klásť väčšie zaťaženie na dvojice nástrojov, takže ich systémy musia pracovať tvrdšie, aby vibrovali hore a dole s rovnakou intenzitou. Malé výkyvy v zobrazení výkonu počas ultrazvukového ošetrenia sú normálne.